Frekvenca X

FX: Kjer ni nič, je temna energija

Vesolje
foto: NASA

foto: NASA

Je največja skrivnost v vesolju ter največja zadrega in glavobol današnjih fizikov. Je najmočnejša sila v vesolju, ki bo določila tudi njegov konec, vendar nihče ne ve, kaj je. Verjetno si marsikdo misli, da je dandanes, v svetu močno napredne tehnologije in znanosti, večji del narave že zdavnaj pojasnjen in odkritih že večina naravnih zakonov.

Ampak resnična slika je daleč od tega in znanstveniki zdaj dobesedno ne vedo, kaj predstavlja večino, ali natančneje, 70 odstotkov našega vesolja.

Vse, kar vedo o tem delu našega kozmosa, je to, da je nekakšna sila, ki vesolje vleče narazen. Temna energija je torej nadvse primerno ime za to skrivnostno entiteto. Vse se je začelo, ko sta se mednarodni skupini raziskovalcev pred približno trinajstimi leti lotili bolj ali manj rutinske raziskave.

Znanstveniki so namreč skušali narediti zelo natančno meritev ene temeljnih fizikalno-astronomskih konstant, njihova nepompozna študija pa je na koncu postavila na glavo celotno moderno kozmologijo in fizikom zastavila hudo zapleteno vprašanje. Astronomi Adam Riess, Brian Schmidt in Saul Perlmutter, ki so leta 2011 za to svoje delo prejeli Nobelovo nagrado, so namreč želeli določiti, s kakšno hitrostjo se naše vesolje širi, pri tem pa so merili svetlobo posebne vrste zvezd, znane kot supernova.

Ko so preučili rezultate meritev, so pretreseni ugotovili, da se, v nasprotju z dotedanjim prepričanjem, vesolje širi pospešeno. To pa je pomenilo, da mora v vesolju obstajati neka neznana odbojna elementarna sila, ki je prej še nihče ni opazil. Nadaljnji izračuni vsote vse mase in energije v vesolju so pokazali, da je ta energija kar 70 odstotkov vsega kozmosa. Naše vesolje torej obvladuje skrivnostna temna sila in znanstveniki že več kot deset let na vse pretege razglabljajo, kaj bi le-ta lahko bila, a do zdaj jim še ni uspelo najti nobene res prepričljive razlage. Najprej so pomislili na to, da sam prazen prostor med zvezdami oziroma vakuum ustvarja to silo.

Čeprav se to sliši zelo nenavadno, pa teorija kvantne mehanike pravi, da v vakuumu iz nič nastajajo in izginjajo osnovni delci materije, zato pa vakuum v resnici ni popolnoma prazen, ampak ima določeno energijo. Ampak ko so fiziki izračunali energijo vakuuma in jo primerjali z močjo temne energije, so ugotovili, da njihovi teoretični izračuni vakuumu pripisujejo daleč previsoko energijo, kar 120 velikostnih redov preveliko. Za to neujemanje pravijo, da je najslabša teoretična napoved v zgodovini fizike, in so mu nadeli vzdevek vakuumska katastrofa.

Druga mogoča razlaga temne energije pa pravi, da v vesolju obstaja še eno, peto temeljno energijsko polje, podobno kot denimo elektromagnetno. Tudi s to razlago imajo fiziki celo kopico težav in je nikakor ne morejo uskladiti z eksperimentalnimi meritvami temne energije. Za marsikoga je temna energija zato največji izziv moderne fizike, za katerega kaže, da se spretno izmika vsakemu poskusu razlage. Raziskovalci zato dostikrat posežejo tudi po eksotičnih razlagah, ki se včasih zdijo kot obupni poskusi izhoda iz labirinta.

Tako so med drugim ugotavljali, da je temna energija posledica orjaških magnetnih polj, ki vladajo nad vesoljem, ali pa da gravitacija na velikih razdaljah deluje odbojno. Nekateri celo menijo, da je mogoče naš del vesolja v gigantski praznini sicer bolj poseljenega kozmosa, to pa je povsem v nasprotju s sedanjimi prepričanji v fiziki. Od narave temne energije je odvisna tudi usoda našega vesolja. Če bo njena moč v prihodnosti ostala enaka, se bo čez milijone let vesolje tako razširilo, da bo naša galaksija ostala v tako rekoč neskončni praznini, povsem izolirana od preostanka vesolja. Če bo moč temne energije narastla, pa vesolje čaka konec v tako imenovanem »velikem trganju«, ko bo ta energija narazen raztrgala vse, od galaksij, zvezd, planetov in celo samih atomov.

Mogoče pa se bo njena moč začela zmanjševati in se bo vesolje začelo sesedati vase. A ker temne energije ne poznamo dovolj dobro, fiziki preprosto ne vedo, kateri izmed teh scenarijev je pravilen. Ena izmed težav pri temni energiji je ta, da je znanstveniki ne morejo neposredno meriti oziroma detektirati, ampak lahko samo opazujejo njene učinke v vesolju. Zato so oči astronomov napeto obrnjene v nebo in v prihodnosti se bo začelo nekaj obsežnih raziskav, s katerimi bodo znanstveniki poskušali prodreti globlje v skrivnosti temne energije. Zdaj pa smo tam, ko nas temna energija še uči ponižnosti v našem neznanju in nepoznavanju še vedno skrivnostnega vesolja.

————–

INTERVJU: Dr. Sean Carroll, Kalifornijski inštitut za tehnologijo (Caltech). Intervju so pomagali prevajati poslušalci oddaje Frekvenca X. Oglejte si tudi potek prevajanja in transkript pogovora v angleščini.

Sliši se skoraj neverjetno, da za 70 odstotkov našega vesolja ne vemo, kaj je. Ali to za fizike ne pomeni vsaj majhne zadrege?

Veste, menim, da ne bi smelo biti zadrege. Kar malo smo razvajeni od znanstvenega napredka. Dobra novica je, da za 5 odstotkov vesolja vemo, iz česa je sestavljeno. Kar dobro ga razumemo in če za hip pomislite, s tem govorimo o vsem vesolju. Pred 100 leti nismo ničesar vedeli o širjenju vesolja, o temni snovi, temni energiji in podobnem. Mislim, da imamo kar nekaj razlogov, da smo ponosni na svoj napredek.

Koliko smo prepričani, da temna energija res obstaja? Je res izključeno, da bi bilo to samo iluzija zaradi kakšne napake pri astronomskih meritvah?

Dve možnosti sta za to, da temna energija ne obstaja. Prva je ta, da gre za napako pri opazovanju, in ta je bolj ali manj izključena. Imamo namreč več kot le en dokaz o obstoju temne energije. Tu je opazovanje supernov, razporejenosti galaksij in sevanja ozadja iz velikega poka. Vse daje popolnoma enak rezultat. Nismo pa čisto prepričani, da vse to najbolje razloži temna energija. Za te podatke bi bila možna tudi drugačna razlaga, na primer spremenjeno delovanje gravitacije na kozmoloških razdaljah. Ta hip je temna energija brez dvoma najboljša kandidatka za razlago, raziskujemo pa tudi druge možnosti.

Zakaj je izvor temne energije tako težko pojasniti? Človek bi si predstavljal, da bodo fiziki v teh desetih letih že zdavnaj našli razlago za ta pojav. Kako blizu odgovora smo danes?

Treba je poudariti, da že imamo zelo dobro razlago oziroma teorijo o tem, kaj bi lahko bila temna energija. Imenuje se kozmološka konstanta oziroma energija vakuuma. Vpeljal jo je že Einstein leta 1917. Težava z energijo vakuuma oziroma kozmološko konstanto ni to, da smo presenečeni, ker obstaja. Presenečeni smo, ker je tako šibka. Energija vakuuma je energija praznega prostora in ko se fiziki usedejo, da bi teoretično ocenili, koliko energije bi moralo obstajati v praznem prostoru, dobijo velikansko številko. Skrivnost je, zakaj je v naravi številka tako majhna. A dokler je tako majhna, se popolnoma ujema s podatki. Smo pa zelo pazljivi, da tega ne razumemo kot dokončno. Samo to, da imamo teorijo, ki deluje, še ne pomeni nujno, da je prava. Zato preučujemo vse možnosti, na katere lahko pomislimo.

Kaj pa vi osebno mislite, da je temna energija?

Menim, da se bo na koncu energija vakuuma izkazala za pravo razlago. Gre za to, da če vzamemo majhno točko v vesolju in jo popolnoma izpraznimo, tako da v njej ni več nobene materije, nobenega sevanja, nobene temne snovi ali česar koli drugega, dobimo popolnoma prazno območje. Pri tem se postavlja vprašanje: koliko energije je v tem delčku vesolja? Človek bi pomislil, da je odgovor nič − ker na tem območju ni ničesar, je preprosto prazen. A po Einsteinovi relativnostni teoriji, ki določa delovanje gravitacije v vesolju, obstaja število oziroma naravna konstanta vesolja, ki pove, koliko energije ima prazen prostor. Vse kaže, da nam je to število uspelo izmeriti. To vemo iz enega samega razloga: deluje namreč na prostor – čas. Vpliva na raztezanje vesolja in njegovo pospeševanje, kot smo odkrili s teleskopi.

Si upate napovedati, kdaj bodo znanstveniki končno pojasnili to skrivnostno silo?

V tem trenutku skušamo ločiti med različnimi možnimi teorijami. Ne gre torej za to, da jih ne bi imeli. Veliko jih je. Raziskujemo, katera bi bila lahko prava. Če je misel o energiji vakuuma prava, lahko z njo zelo specifično predvidevamo, kako se je vesolje razvijalo v času. Če pa gre za nekaj drugega, nekaj, kar ni absolutno konstantno, če gre za obliko energije, ki se s širjenjem vesolja počasi spreminja, bo opazovanje naših teleskopov rahlo drugačno. Zato poskušamo razviti čim natančnejše teleskope in zbrati toliko podatkov, kolikor se le da, da bi laže ugotovili, katera izmed možnih rešitev na mizi je prava.

Ali mislite, da bi lahko dokončna pojasnitev temne energije pomenila tudi kakšno tehnološko uporabo, na primer vesoljski pogon na temno energijo?

Žal mi je, da moram to reči, a mislim, da temna energija nima koristi za nobeno vrsto tehnologije. Temna energija je najmanjša možna količina energije, kar jih prostor lahko ima. Če hočemo zgraditi vesoljsko plovilo in prepotovati vesolje, bomo v ladji potrebovali večjo količino energije kot zunaj nje. In nekaj mora tu delovati kot pogon. To pa temna energija ne bi mogla biti. Mislim, da je povezava veliko bolj posredna. Bolj bomo razumeli temeljno fiziko in zakone narave, več pametnih zamisli bomo lahko imeli glede tega, kako pridobljeno znanje uporabiti pri tehnologiji.